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ESTRUCTURA ATÓMICA. MODELOS ATÓMICOS
AUTOR: ANTONIO ZARAGOZA LÓPEZ www.qimiziencia.es
A. Zaragoza López www.quimiziencia.es Página 1
Tema Nº 3
Estructura Atómica de la Materia. Modelos
Atómicos
Contenido Temático:
1.- Estructura atómica
2.- Partículas subatómicas
3.- Isótopos
4.- Modelos atómicos
4.1.- Modelo atómico de Thomson
4.2.- Modelo atómico de Rutherford
4.3.- Modelo atómico de Böhr
1.- Estructura atómica de la Materia
El ser vivo tiene dos características: una, ser altamente
CURIOSO lo que le proporciona muchas alegrías y a veces
desgracias, y la otra, sin mencionar ESPECIE, ser muy
DESTRUCTIVO (Cambio Climático).
Vamos a aplicar la primera de ellas y nos centraremos en el
estudio de la estructuración y composición de la Materia.
Leucipo, en el 440 a. C., sostenía la teoría de que sólo había
un tipo de materia. Admitía que esta se podía ir dividiendo
hasta llegar a una unidad que ya no era factible su división.
Demócrito, discípulo de Leucipo llamó átomos a estos trozos
de materia indivisible (teoría Atomista).
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Empédocles, coetáneo de Demócrito, postuló que la materia
estaba formada por cuatro elementos: tierra, agua, aire y
fuego.
Aristóteles, no podía faltar en todo este proceso, admitió la
teoría de Empédocles y rechazó las teorías atomistas de
Demócrito. Durante 2000 años más el átomo no volvió a
aparecer.
Mucho más recientes son los alquimistas que no conocían la
estructura y composición de la materia pero experimentaban
con ella. Hacían mezclas de diferentes sustancias, las
primeras reacciones químicas, y a veces se encontraban con
sustancias inflamables, tóxicas o explosivas. Si se escapaban
de estas sustancias también debían lidiar con la Inquisición o
Santa Inquisición, como queramos llamarle.
El trabajo experimental de los alquimistas se centraba en
encontrar una sustancia que pudiera:
1. Transformar los metales no nobles (cobre, hierro,
plomo) en metales preciosos, como la plata o el oro
2. Que fuera capaz depurar la sangre y curar cualquier
enfermedad
3. Proporcionar vida eterna a quien la ingiriera
Estos tres objetivos constituyen la búsqueda de la famosa
“piedra filosofal” (el Elixir de la vida).
Lejos de los alquimistas, en el período 1803-1808, Jonh
Dalton intentando esclarecer la ley de la “Conservación de la
Masa” establecida por Lavoisier y la ley de las “Proporciones
definidas”, ley de Proust, establece su teoría atómica sobre
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la materia. Esta teoría se resume en los siguientes
postulados:
1.- La materia está formada por partículas indivisibles, los
átomos, que permanecen inalterables en cualquiera proceso
químico.
2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre
sí, en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad, y
distintos de los átomos de los otros elementos.
3.- Los átomos se combinan entre ellos en una proporción
constante en masa para formar moléculas. Las moléculas de
un mismo compuesto son todas iguales entre sí.
4.- En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni si
destruyen, simplemente se combinan entre ellos de otra
forma.
Dalton fue un adelantado en su tiempo. Estamos estudiando la
materia desde dentro, tarea alto difícil pues nos movemos en
un campo extremadamente pequeño. El átomo más sencillo
pertenece al elemento químico Hidrógeno que tiene un
diámetro de aproximadamente 10-10 m (0,0000000001 m) y
una masa alrededor de 1,7 x 10-27 kg. Nunca llegaremos a
ver el átomo de un elemento químico y Dalton basándose en
estudios estequimométricos (reacciones químicas) fue capaz
de establecer el primer modelo atómico de la materia.
El 30 de abril de 1897, Joseph John Thomson (1856-1940)
anunció el descubrimiento del electrón con lo cual la
indivisibilidad del átomo, establecida por Dalton, se
abandonó admitiéndose que los átomos sí se podían dividir
llevándonos a un nuevo modelo atómico.
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2.- Partículas subatómicas
El conocimiento de las partículas subatómicas elementales se
ha logrado tras muchos años de trabajo e investigación.
En 1897 Thomson fue capaz de determinar la existencia de la
primera partícula, el electrón.
Experimento de Thomson. Descubrimiento del electrón
https://www.youtube.com/watch?v=un--o7vFq1Y
Descubrimiento del Protón
https://www.youtube.com/watch?v=JtUbMHE0V14&t=26s
Descubrimiento del Neutrón
https://www.youtube.com/watch?v=bp-74uZ4TMY
De los videos anteriores podemos establecer la siguiente
tabla:
Partícula Carga (C) Masa (Kg) Descubridor
Electrón (e-): -1,60.10-19 9,11 . 10-31 Thomson (1897)
Protón (p+): +1,6.10-19 1,67 . 10-27 Rutherford (1919)
Neutrón (no): 0 1,67 . 10-27 Chadwick (1932)
Según las masas de las tres partículas, se puede establecer:
melelectrón = (1 / 1850) . mprotón
Según la equivalencia anterior, la masa del electrón se puede
considerar despreciable frente a la masa del protón y del
neutrón.
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Existen unos parámetros matemáticos que nos determinan el
número de partículas subatómicas existentes en los átomos de
los elementos químicos. Son dos parámetros:
a) Número atómico (Z)
b) Número Másico (A)
Los átomos de los elementos químicos se representan de la
forma:
ZMA AMZ ZAM NAZ
Siempre el número Másico como exponente y el número
Atómico como subíndice.
El número Atómico (Z) nos representa en número de protones
y el número de electrones de un átomo neutro:
Z = nº protones = nº electrones
El número Másico es igual a la suma de neutrones y protones:
A = neutrones + protones
A = N + Z
Donde N = nº de neutrones
Ejercicio resuelto
Deducir la fórnula que nos determina el número de neutrones
de un átomo:
Resolución
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Existe la ecuación:
A = Z + N (1)
En donde:
A = Número Másico
Z = Número Atómico
N = Número de neutrones
De la ecuación (1) podemos despejar el número de neutrones,
N:
Nº de neutrones = N = A - Z
Ejercicio resuelto
¿Cuántos protones, neutrones y electrones tienen los
siguientes átomos ?: ₅B11, ₁₉K39 , ₂₀Ca40 y ₂₉Cu63
Resolución
₅B11, ₁₉K39 , ₂₀Ca40 y ₂₉Cu63
5B11→ Z = 5 → 5 e- y 5 p+
De A = Z + N → N = A - Z = 11 - 5 = 6 n0
19K39 → Z = 19 → 19 e- y 19 p+
N = A - Z = 39 - 19 = 20 n0
20Ca40 → Z = 20 → 20 e- y 20 p+
N = A - Z = 40 - 20 = 20 n0
29Cu63 → Z = 29 → 29 e- y 29 p+
N = A - Z = 63 - 29 = 34 n0
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Ejercicio resuelto
Un átomo neutro (sin carga) posee 9 protones y 10
neutrones. Determina A y Z.
Resolución
Z equivale al número de protones y electrones existentes en
el átomo, luego Z = 9.
De la ecuación:
A = Z + N (1)
N = nº neutrones = 10
De la ecuación (1) conoceremos A:
A = 9 + 10 = 19
Ejercicio resuelto
El cesio tiene 55 electrones y 77 neutrones. Indica A, Z y
número de protones
Resolución
Z = nº electrones = 55
A = Z + N
N = 77
A = 55 + 77 = 132
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3.- Isótopos
Dalton en su teoría atómica afirma que:
“Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí,
en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad, y distintos
de los átomos de los otros elementos”
En la época de Dalton los conocimientos no eran muy
avanzados, de ahí su afirmación anterior. Hoy sabemos que
los átomos de un mismo elemento no son iguales. Al conjunto
de átomos distintos de un mismo elemento se ler conoce como
Isótopos.
En el caso del Carbono, presenta tres isótopos:
6C12 ; 6C13 ; 6C14
Podemos comprobar que los tres isótopos presentan el mismo
número Atómico (Z = 6). Si calculamos el númro de neutrones
de cada uno de ellos nos encontramos:
6C12 → Z = 6 → 6 e- y 6 p+
A = N + Z ; N = A – Z = 12 – 6 = 6 no
6C13 → Z = 6 → 6 e- y 6 p+
N = A – Z = 13 – 6 = 7 no
6C14 → Z = 6 → 6 e- y 6 p+
N = A – Z = 14 – 6 = 8 no
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Como podemos observar estos tres isótopos del Carbono se
diferencian en el número de NEUTRONES.
Podemos definir los isótopos de un mismo elemento químico
como átomos de ese elemento químico que tienen el mismo
número Atómico y distinto número Másico.
El elemento Hidrógeno presenta tres isótopos:
1H1 1 electrón y 1 protón Protio
1H2 1 electrón, 1 protón y 1 neutrón Deuterio
1H3 1 electrón, 1 protón y 2 neutrones Tritio
Ejercicio resuelto
Indica cuáles de las siguientes especies atómicas son
isótopos: 6X12; 8Y12; 6Z14; 9U19; 8V14
Resolución
Los isótopos de un elemento químico se caracterizan porque
sus átomos tienen idéntico número atómico, Z (nº de protones
= nº electrones). Según esto isótopos serán los átomos:
6X12 y 6Z14
8Y12 y 8V14
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Ejercicio resuelto
Observa los siguientes átomos: 5B10; 5B11; 5B12; 7N14;
8O16; 6C12; 7C12 Agrupa los átomos anteriores según: a) Sean
isótopos. b) Tengan el mismo número másico. c)Tengan el
mismo número de neutrones.
Resolución
a) 5B10, 5B11, 5B12
7N14, 7C12
b) 5B12, 6C12, 7C12
c)
5B10 → N = A - Z = 10 - 5 = 5
7C12 → N = 12 - 7 = 5
5B11 → N = 11 - 5 = 6
6C12 → N = 12 - 6 = 6
5B12 → N = 12 - 5 = 7
7N14 → N = 14 - 7 = 7
Ejercicio resuelto
El cobre se presenta en forma de dos isótopos estables:
29Cu63 y 29Cu65. ¿Qué diferencia existe entre ellos?
Resolución
Calculemos el número de partículas elementales de cada uno
de ellos:
29Cu63 → 29 e- ; 29 p+ y N = A - Z = 63 - 29 = 34 no
29Cu65 → 29 e- ; 29 p+ y N = 65 - 29 = 36 no
Se diferencian en el número de neutrones.
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Ejercicio resuelto
De los siguientes átomos : ₈A15, ₈B16, ₇C15, ₉D19, ¿Cuáles son
isótopos?.¿Cuáles pertenecen al mismo elemento?.¿Cuáles a
elementos distintos?
Resolución
Isótopos: 8A15 y 8B16
Mismo elemento: 8A15 y 8B16
Elementos distintos: 7C15 y 9D19
4.- Modelos atómicos
Los primeros modelos atómicos fueron surgiendo a medida que
se iban descubriendo las partículas elementales. Es curioso el
hecho de que un nuevo modelo atómico era establecido por un
alumno del científico que había establecido el modelo atómico
anterior.
4.1.- Modelo atómico de Thomson
Experiencia de Thomson
https://www.youtube.com/watch?v=N-GU-cbeeqE
Thomson propuso su modelo atómico en base a las partículas
elementales conocidas, el protón y el electrón. Sabía que el
átomo era eléctricamente neutro (cargas positivas = cargas
negativas), dicho de otra forma, el número de protones es
igual al número de electrones. Thomson sugirió que los átomos
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eran uniformes y contenían carga positiva de forma
homogénea, con incrustaciones aleatorias de electrones
dentro de cada átomo.
Thomson comparó su modelo con el budín de ciruelas por su
analogía con el dulce inglés. Este símil se empleó
posteriormente como un nombre alternativo del modelo.
Debido a varias inconsistencias (teóricas y experimentales y
el desconocimiento de la existencia de los neutrones) sobre la
distribución de las cargas eléctricas dentro del átomo, el
modelo de Thomson fue descartado en 1911.
Conectar, online, para visualizar los videos:
Modelo atómico de Thomnson
https://www.youtube.com/watch?v=FfYG06XfsE0
Modelo atómico de Thomson
https://www.youtube.com/watch?v=D2KYK0T9V8E
Modelo atómico de Thomson
https://www.youtube.com/watch?v=DaJJYpROxT0
Modelo atómico de Thomson
https://www.youtube.com/watch?v=8bMKB-zlZHk
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Modelo atómico de Thomson
https://www.youtube.com/watch?v=9zHJ1x-A-gk
4.2.- Modelo atómico de Rutherford
Conectar, online, para visualizar el video:
Modelo atómico de Rutherford
https://www.youtube.com/watch?v=Pc0LWkUWPI8
Rutherford, en 1909, mediante el experimento que lleva su
nombre, demostró que el modelo del “budín de ciruelas” de
Thomson estaba equivocado. La carga positiva, protones, en
un átomo no está uniformemente distribuida sino concentrada
en una parte central del átomo que recibió el nombre de
Núcleo.
También determinó que los electrones, cargas negativas, se
encuentran girando alrededor del Núcleo describiendo orbitas
circulares, constituyendo la Corteza Electrónica.
Su experimento le permitió determinar que el volumen del
Núcleo es muy pequeño en comparación con el volumen del
átomo.
Escribir en Google: Animaciones Phet de química y buscar la
aplicación: Dispersión de Rutherfor.
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Rutherford bombardea una lámina muy delgada de oro con
partículas alfa (positivas). Estas partículas positivas, según el
dibujo anterior pueden describir tres trayectorias:
a) Chocar con una parte central del átomo. Puede quedar
inscrustada en la misma o pueden rebotar en sentido
contrario.
b) Pueden seguir su camino sin cambio alguno.
c) Antes de chocar con la parte central pueden ser
desviadas alejándose de dicha parte central.
La interpretación que hace Rutherford de su experiencia es
la siguiente:
En la parte central del átomo existe una zona con carga
positiva de ahí el rebote de las partículas alfa (cargas del
mismo signo se repelen). Si ciertas partículas alfa quedan
inscrustadas en la parte central se debe a que esta contiene
la mayor parte de la masa del átomo. Mucha masa y carga
eléctrica positiva en la parte central por lo que en la misma
se encuentran los neutrones y los protones, los protones a su
vez le proporcionan carga positiva. La masa de los electrones
se puede despreciar con respecto a la masa de los protones y
neutrones, es decir, tienen una mas muy pequeña. A esta
parte central Rutherford le llamó NÚCLEO.
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Las partículas que sufren desviación alejándose del núcleo se
debe que a una distancia del nucleo se encuentran los
electrones. Las partículas alfa (positivas) son atraídas por los
electrones que tienen carga negativa. Donde se encuentran
los electrones Rutheford le llama CORTEZA ELECTÓNICA.
Aquellas partículas alfa que no sufren desviación alguna es
debido al espacio libre, muy grande, existente entre el
Núcleo y la Corteza Electrónica.
En resumen:
Los principios básicos del modelo atómico de Rutherford son:
1.- Las partículas con carga positiva se encuentran en un
volumen muy pequeño comparado con el tamaño del átomo.
2.- La mayor parte de la masa del átomo, protones más
neutrones, se encuentra en ese pequeño volumen central,
Núcleo.
3.- Los electrones con carga eléctrica negativa, giran
alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares.
4.- Tanto los electrones cargados negativamente como el
núcleo con carga positiva se mantienen unidos por una fuerza
de atracción electrostática (cargas eléctricas de distinto
signo se atraen).
La estructura atómica según el modelo de Rutherford
quedaría de la forma:
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Protones (+) Electrones (-)
Neutrones (0)
Núcleo
Corteza Electrónica
Más videos, online:
Modelo atómico de Rutherford
https://www.youtube.com/watch?v=iaSBpFIunoY
Modelo atómico de Rutherford
https://www.youtube.com/watch?v=GeB9D5vNYxo
Ejercicio resuelto
Relaciona cada frase con un modelo atómico:
a) Es una esfera homogénea con carga positiva en la que se
hallan incrustados los electrones, partículas con carga neativa
que forman parte de todos los átomos.
b) El átomo no es una esfera maciza, sino que posee una
parte central llamada núcleo y una corteza, formada por los
electrones en movimiento.
c) Los átomos son esferas macizas con masa y sin
estructura.
d) Los electrones se mueven alrededor del núcleo
describiendo órbitas, trayectorias circulares.
e) Los electrones se hallan alrededor del núcleo en orbitales.
Resolución
a) Modelo atómico de Thomson
b) Modelo de Rutherford
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c) Modelo atómico conocido de Demócrito (filósofo griego)
d) Modelo atómico de Rutherford
e) No corresponde a modelo atómico conocido
Ejercicio resuelto
Cuando Dalton formula su teoría atómica de la materia, se
conocía la existencia de dos tipos de sustancias. Indica su
nombre y la diferencia entre ambas.
Resolución
Átomos y moléculas. Para Daltón el átomo es la parte más
pequeña del átomo que no se puede dividir. Moléculas la
combinación de átomos en proporciones determinadas.
Ejercicio resuelto
Selecciona la respuesta correcta: Los electrones son
partículas:
a) Sin carga
b) Con carga negativa
c) Con carga positiva
Resolución
La b)
Ejercicio resuelto
Indica las frases que son falsas:
a) Dalton predijo la existencia de electrones.
b) Los electrones son más grandes que los átomos.
c) Los electrones tienen carga negativa
Resolución
La a) y b)
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Ejercicio resuelto
Indica las frases verdaderas:
a) Goldstein descubre el electrón.
b) Dalton descubre el protón.
c) Thomson descubre el electrón.
Resolución
La c)
Ejercicio resuelto
Deducir la fórnula que nos determina el número de neutrones
de un átomo:
Resolución
Existe la ecuación:
A = Z + N (1)
En donde:
A = Número Másico
Z = Número Atómico
N = Número de neutrones
De la ecuación (1) podemos despejar el número de neutrones,
N:
Nº de neutrones = N = A - Z
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Ejercicio resuelto
¿Cuántos protones, neutrones y electrones tienen los
siguientes átomos ?: ₅B11, ₁₉K39 , ₂₀Ca40 y ₂₉Cu63. Determinar
la distribución de las partículas elementales según el
modedelo atómico de Rutherford.
Resolución
5B11→ Z = 5 → 5 e- y 5 p+
De A = Z + N → N = A - Z = 11 - 5 = 6 n0
19K39 → Z = 19 → 19 e- y 19 p+
N = A - Z = 39 - 19 = 20 n0
19p+ 20no
19 e-
5e- 5 p+ 6 no
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20Ca40 → Z = 20 → 20 e- y 20 p+
N = A - Z = 40 - 20 = 20 n0
29Cu63 → Z = 29 → 29 e- y 29 p+
N = A - Z = 63 - 29 = 34 no
Ejercicio resuelto
Un átomo neutro (sin carga) posee 9 protones y 10
neutrones. Determina A y Z. Establecer las distitibución de
las partículas elementales según el modelo atómico de
Rutherford.
Resolución
20 e-
29p+
34no
29 e-
20p+ 20no
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Z equivale al número de protones y electrones existentes en
el átomo, luego Z = 9.
De la ecuación:
A = Z + N (1)
N = nº neutrones = 10
De la ecuación (1) conoceremos A:
A = 9 + 10 = 19
Modelo según Rutherford:
Ejercicio resuelto
El cesio tiene 55 electrones y 77 neutrones. Indica A, Z y
número de protones. Esquema del átomo según el modelo de
Rutherford.
Resolución
Z = nº electrones = 55
A = Z + N
N = 77
9 p+
10 no
9 e-
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A = 55 + 77 = 132
Según Rutherford:
Ejercicio resuelto
Al estar la masa del átomo concentrada casi toda en el
núcleo, ¿cómo será éste? a) Poco denso. b) Muy denso. c)
Igual de denso que el átomo completo.
Resolución
Muy denso.
La densidad es la relación existente entre la masa del cuerpo
y el volumen del mismo:
m
d = -------
V
En el núcleo del átomo se encuentra depositada prácticamente
la totalidad de la masa del átomo. El volumen es muy pequeño
en comparación con el volumen del átomo, luego la relación
anterior será muy elevada (numerador muy grande y
denominador muy pequeño).
55p+
77 no
55 e-
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Ejercicio resuelto
a) ¿Por qué se afirma que el núcleo atómico tiene la mayor
parte de la masa del átomo?
b) El átomo de carbono, tiene 6 protones y 6 electrones.
¿Qué otras partículas son necesarias para justificar su
número másico?
Resolución
a) Porque en él se encuentran los protones y los neutrones.
La masa de los electrones es muy pequeña en comparación con
la masa de los protones y neutrones.
b) Si tenemos en cuenta que:
A = Z + N
Teniendo presente que el número de protones y el de
electrones nos lo proporciona Z, para conocer el número
másico necesitaremos conocer el número de neutrones
4.3.- Modelo atómico de Böhr
Rutherford establecía que los electrones se encuentran en la
Corteza Electrónica describiendo órbitas circulares alrededor
del Núcleo.
La Teoría electromagnética (la admitimos) dice: Cuando una
carga eléctrica describe órbitas circulares, va PERDIENDO
ENERGÍA. El electrón describiría una órbita en espiral y
terminaría cayendo al núcleo.
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Contra esta teoría Rutherford no se pudo defender.
Más tarde un alumno de Rutherford, BÖHR pudo resolver el
problema de la teoría electromagnética considerando que el
electrón en su trayectoria circular se comporta como un
cuerpo macroscópico que describe un movimiento circulare. En
base a ello Böhr concluye:
“Cuando un cuerpo describe orbitas circulares se encuentra
bajo la acción de una fuerza llamada CENTRÍPETA en
dirección radial hacia el centro de la circunferencia descrita.
Dicho cuerpo también sufre la acción de una fuerza
CENTRÍFUGA del mismo valor, de la misma dirección y
sentido contrario a la fuerza CENTRÍPETA”
V Fcentrífuga
e-
F
En el mundo atómico la Fcentrípeta corresponde a la fuerza
electrostática, Fe, que existe entre el núcleo cargado
positivamente y el electrón con carga negativa.
Fe
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Se cumple:
Fe = Fcentrífuga
Se anularían mutuamente y el electrón podría seguir girando.
Video: Modelo atómico de Böhr
http://www.youtube.com/watch?v=bBfh00VAdIc
Böhr acepta el núcleo del modelo atómico de Rutherfd y con
los estudios de los Espectros Atómicos y la teoría Cuántica
de Planck establece su modelo atómico basado en Tres
Postulados:
Primer Postulado.- Los electrones giran alrededor del núcleo
en órbitas estacionarias, sin emitir energía (sin cumplir los
principios electromagnéticos).
Segundo Postulado.- Sólo son posibles las órbitas en las que
el momento angular sea múltiplo de h/2π (NO HACER CASO
DEL POSTULADO). Es un postulado de alto nivel.
Tercer Postulado.- Cuando un electrón pasa de una órbita
superior a una inferior la diferencia de energía de las órbitas
se emite en forma de radiación electromagnética. Para que un
electrón pueda subir a órbitas superiores debe absorber
energía.
Lo dicho anteriormente queda reflejado en la estructura
siguiente:
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La corteza electrónica está dividida en varias capas u órbitas
siendo el contenido energético de estas tanto mayor cuanto
más alejadas se encuentren de núcleo.
Böhr necesita de un parámetro que determina el número de
capa u órbita . Este parámetro se conoce como NÚMERO
CUÁNTICO PRINCIPAL (n). Este número cuántico, según el
dibujo anterior, nos establece el TAMAÑO DEL ÁTOMO, a
mayor valor de “n” mayor es el tamaño (Volumen) del átomo.
Supongamos el átomo de Sodio,11Na, tiene 11 electrones.
¿Cómo los distribuye Böhr estos 11 e- en la Corteza
electrónica? Recordar que para Böhr la corteza electrónica
puede tener varias capas.
Para distribuirlos, según Böhr seguiremos los criterios:
a) El número de electrones máximo por capa viene
determinado por la ecuación :
Nº Electrones máximo por capa = 2 . n2
n = nº de capa en la corteza electrónica (1, 2, 3….)
n1 n2
n3
Absorbe energía Emite energía
N
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b) En la última capa de la corteza electrónica (capa de
valencia) EXISTEN COMO MÁXIMO OCHO
ELECTRONES. Pueden ser MENOS de 8 pero NUNCA
MÁS.
En este modelo los neutrones están en el nucleo y NO
intervienen.
Veamos:
Volvemos al átomo de Sodio
Tenemos un total de 11 e-
Capa nº 1 n = 1 nº e- = 2 . 12 = 2 e-
Capa nº 2 n = 2 nº e- = 2 .22 = 8 e-
2
Ya hemos colocado 10 e-, luego sólo nos queda uno que iría a
una tercera capa a pesar de que la fórmula dos daría como
máximo:
n=1
2e
n = 1
2e-
n=2
8e-
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Tercera capa: 2.n2 = 2 .32 = 18 e- (Recordar que esta
ecuación nos proporciona el número máximo de electrones por
capa).
Supongamos el átomo 19X39. Veamos la distribución de los
electrones:
Capa nº 1 = 2 . 12 = 2 e-
Capa nº 2 = 2 . 22 = 8 e-
Hasta aquí todo va bien
Capa nº 3 = 2 . 32 = 18 e-
Esto supondría un total de electrones:
2 e- + 8 e- + 18 e- = 28 e-
No tenemos tantos electrones. Tenemos la 1ª y 2ª capa
ocupada y nos quedan por introducir 9 e- más.
Haremos lo siguiente:
Localizamos al elemento químico en la Tabla Periódica:
n=1
2e
-
e- n=2
8e-
e-
n=3
1e-
e-
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Grupos
P
e
i
o
d 19
o
s
Grupo: I – A → 1 e- en la última capa
Periodo = n = 4 → 4 capas en la corteza electrónica
Capa n = 1 2 . n2 = 2 . 12 = 2 e-
Capa n = 2 2 . 22 = 8 e-
Capa n = 3 → ?
n = 4 → 1 e-
1ª + 2ª + 3ª + 4ª = 19 ; 2 e- + 8 e- + 3ª + 1 e- = 19
3ª = 19 – 11 = 8 e-
1 3 2 4 5 6 7 8 9 1
0
1
1
1
2 1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
2
3
4
5
6
7
1
9
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n =1 2 e-
n = 2 8 e-
n = 3
n =4 8 e-
1 e-
Ejercicio Resuelto
Un átomo tiene de número másico 35 y posee 17 electrones.
Determinar la estructura del átomo según el modelo de Böhr.
Resolución:
A = 35
Z = 17 → 17 e- y 17 p+
N = 35 - 17 = 18 no
Nº de electrones por capa:
n = 1 → nº e- = 2 n2 = 2 . 12 = 2 e-
n = 2 → nº e- = 2 n2 = 2 . 22 = 8 e-
n = 3 → nº e- = 2 n2 = 2 . 32 = 18 e-
-----
28 e- (imposible)
Entre la 1ª y 2ª capa hemos colocado 10 e- como tenemos
un total 17 e- nos quedan por colocar 7 e- que irán
necesariamente a la capa nº 3.
19p
20n
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n3 n2 n1 2e- 8e- 7e-
Ejercicio resuelto
Dados los elementos químicos: A, B, C y D de números
atómicos y másicos 8A16 ; 18B37 ; 13C27 y 11D23. Determinar la
estructura del átomo según el modelo de Böhr.
Resolución
8A16
Z = 8 → 8 e- ; 8 p+
N = A – Z = 16 – 8 = 8 no
Distribución electrónica:
n = 1 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 12 = 2 e-
n = 2 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 22 = 8 e-
------
10 e- (imposible)
No tenemos 10 e- luego en la segunda capa existirán:
2 + 2ª = 8 ; 2ª = 8 – 2 = 6 e-
Estructura:
17p
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n2 n1 2e-
6e-
18B37
Z = 18 → 18 e- y 18 p+
N = A – Z = 37 – 18 = 19 no
Distribución electrónica:
n = 1 → nº e- = 2 . 12 = 2 e-
n = 2 → nº e- = 2 . 22 = 8 e-
n = 3 → nº e- = 2 . 32 = 18 e-
------
28 e- (imposible)
1ª + 2ª + 3ª = 18 ; 2 e- + 8 e- + 3ª = 18
3ª = 18 – 10 = 8 e-
2e- n3 n2 n1 8e-
8e-
18p+
19 no
8p+
8no
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13C27
Z = 13 → 13 e- y 13 p+
N = A – Z = 27 – 13 = 14no
Distribución electrónica:
n = 1 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 12 = 2 e-
n = 2→ nº e- = 2 . n2 = 2 . 22 = 8 e-
n = 3→ nº e- = 2 . n2 = 2 . 32 = 18 e-
------
28 e- (imposible)
No tenemos 28 e-
1ª + 2ª + 3ª = 13 ; 2 + 8 + 3ª = 13
3ª = 13 – 10 = 3 e-
Estructura:
n3 n2 n1 2e-
8e- 3e-
11D23
Z = 11 → 11 e- y 11 p+
N = A - Z = 23 – 11 = 12 no
13p+
14no
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Distribución electrónica:
n = 1 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 12 = 2 e-
n = 2 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 22 = 8 e-
n = 3 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 32 = 18 e-
------
28 e- (imposible)
Solo tenemos 11 e-
1ª + 2ª + 3ª = 11 ; 2 + 8 + 3ª = 11
3ª = 11 – 10 = 1 e-
Estructura:
n3 n2 n1 2e-
8e- 1e-
Ejercicio resuelto
Dado el elemento químico 8A16
a) Número de electrones
b) Número de protones
c) Número de neutrones
d) Modelo de átomo según la teoría de Böhr
Resolución:
Tomaremos la anotación: zXA como referencia.
11p+
12no
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Átomo 8A16
a) b) y c)
Z = 8 8 e- y 8 p+
Recordemos que:
A = Z + N (1)
A = nº Másico N = nº neutrones
De la ecuación (1) podemos despejar N:
N = A – Z ; N = 16 – 8 = 8 nº
Diustribución electrónica:
n = 1 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 12 = 2 e-
n = 2 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 22 = 8 e-
-----
10 e- (imposible)
Tenemos 8 e-
1ª + 2ª = 8 ; 2 + 2ª = 8 ; 2ª = 8 – 2 = 6 e-
Estructura:
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n2 n1
2e- 6e-
Ejercicio resuelto
Dado el elemento químico 17B34 establecer la estructura del
átomo según:
a) Modelo atómico de Rutherford
b) Modelo atómico de Böhr
Resolución
Partículas elementales:
Z = 17 17 e- y 17 p+
Recordemos que:
A = Z + N (1)
A = nº Másico N = nº neutrones
De la ecuación (1) podemos despejar N:
N = A – Z ; N = 34 – 17 = 17 nº
a) Según Rutherford:
8p+ 8no
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17 e-
17 p+
17 n0
b) Según Böhr
Distribución electrónica:
n = 1 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 12 = 2 e-
n = 2 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 22 = 8 e-
n = 3 → nº e- = 2 . n2 = 2 . 32 = 18 e-
------
28 e- (imposible)
Tenemos 17 e-
1ª + 2ª + 3ª = 17 ; 2 + 8 + 3ª = 17
3ª = 17 – 10 = 7 e-
Estructura:
n3 n2 n1 2e-
8e- 7e-
------------------ O -----------------
17p+
17no